Название: Восемь лекций по физике атмосферы и гидросферы (Браже Р. А.)

Жанр: Радиотехнический

Просмотров: 1309


1.3. преобразование энергии в атмосфере

 

Слоеное строение атмосферы Земли объясняется различным характером поглощения солнечного света разными газами [1].

Первым фильтром на пути к Земле для солнечных лучей является термо- сфера. Она поглощает самую коротковолновую часть спектра (дальний ультра- фиолет). Именно поэтому и происходит разогрев термосферы. Следует отме- тить, что температура экзосферы зависит от солнечной активности: в годы спо- койного Солнца она ниже (около 1000 К), а  в  максимумах  солнечной  актив-

ности  выше (достигает 1300 К).

Стратосфера обязана своим существованием озону (О3), который распо- лагается на высотах от 20 до 60 км. Озон поглощает солнечное излучение в диапазоне 220 нм < λ < 290 нм уже в верхней части этого слоя. Поэтому там и температура выше, чем радиационная температура Земли, хотя она и в несколь- ко раз ниже, чем в термосфере. Выше стратосферы озона нет. Коротковолновое ультрафиолетовое излучение Солнца расщепляет его на молекулярный кисло- род О2 и атомарный кислород О.

Между теплыми слоями атмосферы располагаются холодные. Они обме-

ниваются энергией между собой. Все сказанное, конечно, относится к освещен- ной стороне Земли. На ночной стороне происходит охлаждение. Однако поло- вины суток не хватает для размывания «слоистого пирога» атмосферы. Только полярной ночью атмосфера устроена иначе.

В количественном отношении в экзосфере и термосфере поглощается лишь один процент солнечного излучения – дальний ультрафиолет. Три про- цента (ближний ультрафиолет) поглощается озоном стратосферы. Четыре про- цента (инфракрасный «хвост» спектра) поглощается водяными парами в верх- них слоях тропосферы. Оставшиеся 92\% энергии солнечного света приходится

на  «окно  прозрачности»  атмосферы.  Это  излучение  в  диапазоне  длин  волн

290 нм < λ < 2400 нм. Значительная его часть (45\%), преимущественно в синей области спектра, рассеивается воздухом, отчего небо голубое. Прямые солнеч- ные лучи  (оставшиеся 47\%) достигают поверхности Земли.

Земля отражает около 7\%  из этих 47\%. Из них 3\% тратится на диффузное рассеивание. Остальные 40\% и еще 8\% от атмосферы поглощаются Землей, на-

гревая сушу и океан. Рассеянное в атмосфере световое излучение частично по- глощается ею, а остальное распределяется между поверхностью Земли и космо- сом, причем в космос уходит больше энергии, чем попадает на Землю. Винова- ты в этом, главным образом, облака. Они непрозрачны и отражают падающий на них сверху свет обратно. Таким образом, в тепло переходит 65\% падающего на Землю потока солнечной энергии: 3\% – поглощение в озоновом слое страто- сферы, 4\% – поглощение в водяных парах верхней тропосферы, 10\% – погло- щение в основной толще атмосферы и 48\% – поглощение почвой и водами Ми- рового океана. Это тепло излучается в космос тепловой радиацией в виде ин- фракрасного излучения.